1 Issiqlik texnikasi fani, uning maqsad va vazifalari. Gazning xossalari va energiyasi

Gaz doimiysining fizik ma’nosi – 1 kg gazni 1 darajaga isitilganda uning kengayishidagi bajargan ishidir.

Bir kilomol gaz uchun holat tenglamasi. Avagadro qonuniga ko‘ra, bir xil bosim va haroratda, teng idishlarda joylashgan har qanday ideal gazlar bir xil miqdordagi molekulalar soniga ega, ya’ni R₁ =R₂; V₁=V₂; T₁=T₂ bo‘lsa N₁=N₂ bo‘ladi.

Avagadro qonunidan quyidagi xulosa kelib chiqadi, bir xil bosim va haroratda ikki xil gazning zichliklari (ρ) va molekulyar massalari (μ) bir biri bilan to‘g‘ri proporsionallikda bog‘lanadi, ya’ni;

Ma’lumki, bo‘lganligi uchun,

(1.25)

YA’ni, bir xil bosim va haroratdagi ikki xil gaz uchun solishtirma hajmlarning nisbati, ular molekulyar massalarining nisbatiga teskari proporsionaldir. (1.25) tenglikdan quyidagini yozish mumkin,

bu erda, - 1 kg gazning egallagan hajmi; μ - shu gazning molekulyar massasi;

- gazning molekulyar massasiga teng bo‘lgan kilogramm ( ya’ni μ kg ) gazning egallagan hajmi.

SHunday qilib, kilogramm-molekula yoki kilomol deb kilogramm-lar soni gazning molekulyar massasiga teng bo‘lgan gaz miqdoriga aytiladi. Masalan, 1 kmol kislorod = 32 kg; 1 kmol azot = 28 kg ;

1 kmol metan=16 kg.

Bir xil haroratda va bosimda har qanday ideal gaz teng (bir xil) hajmni egallaydi. Bu hajmni Ω bilan belgilaymiz. U holda

(1.26)

Fizik me’yoriy (normal) sharoit ( = 760 mm.sim.ust. va T =273 K) uchun Ω = 22,4 m³/kmol.

Bir xil sharoitda turgan 1 kilomol har qanday gazning egallagan hajmlari teng ekanligidan foydalanib, gazning me’yoriy sharoitdagi solishtirma hajmini yoki uning zichligini aniqlab olish mumkin:

(1.27)

(1.28)

Kilomol tushunchasi bilan tanishganimizdan so‘ng, shu gaz miqdori uchun holat tenglamasini yozamiz. Buning uchun (1.24) tenglikka qaytamiz, ya’ni pV=mRT. Agar bunda biz m=μ, ya’ni gazni m kg emas, μ kg deb olsak, hamda bosim va haroratni me’yoriy sharoitda desak, gaz holati tenglamasini quyidagicha yozish mumkin,:

(1.29)

Tenglikni o‘zgartirib yozamiz, ya’ni:

(1.30)

(1.30) tenglikdagi ko‘paytma μR=R_y bilan belgilanadi va u universal gaz doimiysi deb yuritiladi, R_y ning son qiymatini me’yoriy sharoit uchun aniqlaymiz, ya’ni r=10,330 • 9,81 n/m², Ω=22,4 m/kmol, T=273 K.

(1.31)

SHunday qilib, Avagadro qonunidan kelib chiqadigan xulosa shuki, har qanday ideal gazning 1 kilomolini egallagan hajmlarigina teng bo‘lib qolmay, balki ularning universal gaz doimiylari ham tengdir.

Universal gaz doimiysining son qiymatini (1.29) tenglikka keltirib qo‘yib, quyidagiga ega bo‘lamiz:

rΩ=8314·T

Olingan tenglik, 1 kmol gaz uchun holat tenglamasi deyiladi. Bu tenglama birinchi marta D.I.Mendeleev tomonidan taklif qilinganligi uchun uning nomi bilan yuritiladi, ya’ni Mendeleev tenglamasi deyiladi.

Universal gaz doimiysining amaliy ahamiyati yana shundan iboratki, agar ixtiyoriy gazning molekulyar massasi ma’lum bo‘lsa, uning gaz doimiysini aniqlash mumkin:

(1.32)

Eslatma: Texnikada ishlatiladigan ba’zi bir gazlarning molekulyar massalari, gaz doimiysi va boshqa harakteristikalari ushbu o‘quv qo‘llanmaga ilova qilingan (1 jadval).

Real gaz holatining tenglamalari. Ideal va real gazlar orasidagi tafovut yuqorida aytib o‘tilgan edi. SHu tafovutlar sababli Klapeyron tenglamasini real gazlarga qo‘llanilganda ancha noaniqlik kelib chiqadi. Ba’zi gazlar oddiy atmosfera sharoitidayoq ideal gaz tenglamasidan 2-3 % ga farq qilishi mumkin. YUqori bosim va past haroratlarda real gaz bilan ideal gaz orasidagi tafovut sezilarli darajada ortib boradi. Jahon olimlari tomonidan real gaz holatini harakterlovchi juda ko‘p (150 dan ortiq) tenglamalar taklif qilingan. Lekin tenglamalar, u yoki bu sabablarga ko‘ra etarli aniqlik va umumiylikka ega emas edi.

Real gaz holatini yaxshiroq (nisbatan) harakterlovchi tenglama 1873 yilda golland fizigi YAn Diderik Van-der Vaals tomonidan taklif qilingan bo‘lib, u quyidagi ko‘rinishga ega:

(1.33)

Van-der-Vaals tenglamasi ideal gaz tenglamasi dan ikkita tuzatmasi bilan farq qiladi:

1) - ichki yoki molekulyar bosim, ya’ni molekulalarning o‘zaro tortish kuchi hisobiga olinadigan bosim;

2) v - siqib bo‘lmas hajm - ya’ni molekulalarning egallagan hajmlari hisobga olinadi.

Bu erda "a" va " v" koeffitsientlarini, Van-der-Vaals faqat gazning turiga bog‘liq (ko‘rsatkichlariga bog‘liq emas) deb tushuntiradi.

Keyingi paytlarda yuqori bosim bilan ishlovchi issiqlik mashinalarining tez rivojlanishi sababli Van-der-Vaals tenglamasi etarli aniqlik bermay qoldi. SHuning uchun rus olimlari M.P.Vukalovich va I.I.Novikovlar yuqoridagi tenglamani yanada rivojlantirib va aniqlik kiritib, o‘zlarining quyidagi tenglamasini taklif qildilar (1946 y.):

(1.34)

bu erda, a₁(t) va A₂(T) - haroratlarning ma’lum funksiyalari;

"a" va "v" - tuzatmalar, Van-der-Vaals tenglamasidagi ma’noga ega.

Bu tenglamada molekulalar orasidagi o‘zaro tortish kuchi va molekulalar egallagan hajm tuzatmalari hisobga olinishi bilan birga molekulalarning birlashmalari ham hisobga olingan.

V.P. Vukalovich va I.I.Novikovlarning fikricha, real gazlarda yuqori bosim ostida odatdagi yakka molekulalar bilan bir qatorda ikkilangan (va hatto uchlangan) molekulalar majmuasi ham uchraydi.